调角信号基本特性.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章 角度调制与解调电路,解调：从高频已调信号中还原出原调制信号,角度调制电路是频谱的非线性变换电路,频率调制：用待传输的低频信号去控制高频载波信号的频率,相位调制：用待传输的低频信号去控制高频载波信号的相位,频率调制和相位调制都使载波信号的瞬时相位受到调变，统称为角度调制。所不同的是：频率调制使载波信号的频率随调制信号线性变化，而相位调制则使载波信号的相位随调制信号线性变化。,第,6,章 角度调制与解调电路,调角信号的基本特性,调频电路,鉴频电路,主要要求：,掌握瞬时角频率与瞬时相位的关系,掌握调频和调相信号的概念、异同和关系,掌握调频和调相信号的典型表达式、主要参数,和波形特点。,6.1,调角信号的基本特性,了解调角信号的频谱，理解其带宽。,6.1.1,瞬时角频率与瞬时相位,实轴,(,t,),0,t,=,0,U,m,瞬时相位,瞬时角频率,O,可用长度,U,m,、与实轴夹角,(,t,),的旋转矢量,表示,矢量初始相位为,0,，,以,(,t,),的角速度绕,O,反时针旋转。,t,=,t,当,=,c,时：,6.1.2,调频信号与调相信号,一、调频信号,载波信号：,调制信号：,调频波瞬时角频率：,(,t,)=,c,+k,f,u,(,t,),rad/s,V,=,c,+,瞬时相位：,附加相位,为分析方便，通常令,0,=0,则,FM,信号为,角频偏,设,u,(,t,)=,U,m,cos,t,(,t,)=,c,+k,f,U,m,cos,t,=,c,+,m,cos,t,调频指数,最大角频偏,单频调制时，,则,图,6.1.2,调频信号波形 （,a,）调制信号 （,b,）瞬时角频率变化（,c,）附加相位变化 （,d,）调频信号,（,b,）,（,c,）,（,d,）,u,FM,(t),t,(t),(t),u,(t),t,t,t,u,(,t,)=,U,m,cos,t,(,t,),=,c,+,m,cos,t,二、调相信号,载波信号：,调制信号：,故调相信号为,(,t,)=,c,t+k,p,u,(,t,),=,c,t+,(,t,),rad/V,瞬时相位：,附加相位,设,u,(,t,)=,U,m,cos,t,，,单频调制时，,则,调相指数，最大附加相移,（,a,）,（,b,）,（,c,）,（,d,）,t,t,t,t,0,0,0,0,c,(t),(t),u,(t),u,PM,(t),m,m,P,u,(,t,)=,U,m,cos,t,，,图,6.1.3,调相信号波形 （,a,）调制信号 （,b,）附加相位变化 （,c,）瞬时角频率变化 （,d,）调相信号,三、调频信号与调相信号的比较,调制信号,u,(,t,)=,U,m,cos,t,载波信号,u,c,(,t,)=,U,m,cos,c,t,调 频,调相,瞬时角频率,(,t,),c,+k,f,u,(,t,),=,c,+,m,cos,t,=,c,m,sin,t,瞬时相位,(,t,),=,c,t+k,p,u,(,t,),=,c,t+m,p,cos,t,最大角频偏,m,=k,f,U,m,=,m,f,=k,p,U,m,=,m,p,最大附加相位,m,p,=,k,p,U,m,三、调频信号与调相信号的比较,调 频,调相,瞬时角频率,(,t,),c,+k,f,u,(,t,),=,c,+,m,cos,t,=,c,m,sin,t,瞬时相位,(,t,),=,c,t+k,p,u,(,t,),=,c,t+m,p,cos,t,最大角频偏,m,=k,f,U,m,=,m,f,=k,p,U,m,=,m,p,最大附加相位,m,p,=,k,p,U,m,可见：,调制前后载波振幅均保持不变。,将调制信号先微分，然后再对载波调频，则得调相信号；将调制信号先积分，再对载波进行调相，则得调频信号。,即调频与调相可互相转换。,例,已知,u,(,t,)=5 cos,(2 10,3,t,)V,，,调角信号表达式为,u,o,(,t,)=10 cos,(2 10,6,t,),+,10cos,(2 10,3,t,)V,试判断该调角信号是调频信号还是调相信号，并求调制,指数、最大频偏、载波频率和载波振幅。,解,=2 10,6,t+,10cos,(2 10,3,t,),附加相位正比于调制信号，故为,调相信号。,调相指数,m,p,=,10,rad,载波频率,f,c,=10,6,(Hz),f,m,=,m,p,F,最大频偏,振幅,U,m,=10V,=10 10,3,=10 kHz,例,一组频率为,300,3000H,z,的余弦调制信号，振幅相同，调频时,最大频偏,为,75 kHz,，调相时,最大相移,为,2,rad,，试求调制信号频率范围内：,(1),调频时,m,f,的变化范围,;,(2),调相时,f,m,的范围,;,解,(1),调频时，,f,m,与调制频率无关，,恒为,75 kHz,。,故,(2),调相时，,m,P,与调制频率无关，,恒为,2,rad,。,故,6.1.3,调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,FM,信号和,PM,信号的数学表达式的差别仅仅在于附加相位的不同，前者的附加相位按正弦规律变化，而后者的按余弦规律变化。按正弦变化还是余弦变化只是在相位上相差,/2,而已，所以这两种信号的频谱结构是类似的。,分析时可将调制指数,m,f,或,m,p,用,m,代替，从而把它们写成统一的调角信号表示式,6.1.3,调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,根据,贝塞尔函数理论有：,J,n,(m),称为以,m,为宗数的,n,阶第一类,贝塞尔函数,上边频,下边频,可得,6.1.3,调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,可见：调角信号频谱不是调制信号频谱的线性搬移。,而是由,载频分量和角频率为（,cn,）的无限对上、,下边频分量构成。这些边频分量和载频分量的角频率相差,n,。,当,n,为奇数时，上、下边频分量的振幅相同但极性相反；,当,n,为偶数时，上、下两边频分量的振幅和极性都相同。,而且载频分量和各边频分量的振幅均随,Jn(m),而变化。,6.1.3,调角信号的频谱与带宽,一、调角信号的频谱,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13,m,J,n,(,m,),J,n,(m),随,m,、,n,变化的规律,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,0,0.2,0.4,n,=0,n,=1,n,=2,n,=3,n,增大时，总趋势使边频分量振幅减小。,m,越大，具有较大振幅的边频分量就越多；且有些边频分量振幅超过载频分量振幅。当,m,为某些值时，载频分量可能为零，,m,为其它某些值时，某些边频分量振幅,可能,为零。,在相同载波和相同调制信号作用下，,m,分别为,0.5,、,2.4,、,5,时的调角波频谱图,m,0.5,0.94,c,2,3,m,2.4,c,m,5,0.18,c,二、调角信号的功率,调角波的平均功率等于未调制的载波功率,即改变,m,，,仅使载波分量和各边频分量之间的功率重新分配，,而总功率不会改变。,三、调角信号的带宽,由于,n,增大时，总趋势使边频分量振幅减小。,因此离开载频较远的边频振幅都很小。在传送和放大过程中，舍去这些边频分量，不会使调角信号产生明显的失真，因此，调角信号实际所占的有效频带宽度是有限的。,通常取,BW,=2(,m,+1),F,若,m,1,则,BW,2,m,F,=,2,f,m,称为宽带调角信号,复杂信号调制时,四、调角信号的应用,调角信号比之调幅信号的优缺点：,优点：抗干扰能力强和设备利用率高。,因为,调角信号为等幅信号，其幅度不携带信息，故可采用限幅电路消除干扰所引起的寄生调幅。,调角信号功率等于未调制时的载波功率，与调制指数,m,无关，因此不论,m,为多大，发射机末级均可工作在最大功率状态，从而可提高发送设备的利用率。,缺点：,有效带宽比调幅信号大得多，且有效带宽与,m,相关。,故角度调制不宜在信道拥挤、且频率范围不宽的短波波段,使用，而适合在频率范围很宽的超高频或微波波段使用。,注意区别下列概念,c,载波未调制时的角频率，它表示了瞬时角频率变化 的平均值。,c,2f,c,，,f,c,为载波频率。,调制信号的角频率，它表示了瞬时角频率变化的速度。,2F,，,F,为调制信号频率。,最大角频偏,m,和最大频偏,f,m,m,表示瞬时角频率,偏离,c,的最大值。,m,2f,m,，,f,m,表示瞬时,频率偏离,f,c,的最大值，即频率摆动的幅度。,有效带宽,BW,是反映调角信号频谱特性的参数，它指一定精度范围内上、下边频所占有的频率范围。,调相指数,m,p,表示调相信号的最大附加相位，其值取决于,U,m,，而与,F,无关。,调频指数,m,f,表示调频信号的最大附加相 位，其值与,U,m,和,F,都有关。,